Сбор нагрузок, действующих на расчетную главную балку.

Руководитель проекта

Кобзев В.В.

 

 

Проект выполнил

студент группы МТ-09Д2

Панова М.Ю.

ОМСК-2013

 

Содержание

 

1 Сбор нагрузок, действующих на расчетную главную балку……………………......

2 Определение внутренних усилий по стадиям и по сочетаниям нагрузок………….

2.1 Изгибающие моменты и поперечные силы от нагрузок на I стадии………….

2.2 Изгибающие моменты и поперечные силы от от постоянных нагрузок II стадии …………………………………………………………………………………...

2.3 Изгибающие моменты и поперечные силы от ползучести бетона Мсr, Qсr, усадки бетона Мshr, Qshr, неравномерного температурного воздействия Мt, Qt…

2.4 Экстремальные изгибающие моменты Mвр и соответствующие поперечные силы Qвр,с от временных нагрузок…………………………………………………...

2.5 Определение внутренних усилий по стадиям и по сочетаниям нагрузок……

3. Расчет сечений главной балки по прочности и конструирование поясов главных балок по длине пролетного строения…………………………………………………

3.1 Определение геометрических характеристик сечения………………………..

3.2 Определение продольных сил…………………………………………………..

3.3 Определение коэффициентов …………………………………..

3.4 Определение напряжений от ползучести………………………………………

3.5 Определение напряжений от усадки …………………...……………………...

3.6 Определение напряжений от температурных воздействий …...……………...

3.7 Проверка прочности сечения……………………………………………………

4. Расчет монтажного стыка главной балки…………………………………………..

4.1 Расчет стыка поясов……………………………………………………………..

4.2 Расчет стыка стенки……………………………………………………………

Библиографический список…………………………………………………………..116

 

Сбор нагрузок, действующих на расчетную главную балку.

Характерной особенностью сталежелезобетонных (СТЖБ) конструкций является возможность последовательного включения их частей в работу при монтаже. Стадийность зависит от технологии монтажа СТЖБ пролетных строений.

 

Стадийность работы СТЖБ пролетного строения Таблица1.

 

Стадии	Технологические операции Сооружения СТЖБ пролет- ных строений	Нагрузки	Несущий элемент
I	1. Монтаж главных балок 2. Монтаж поперечных и продольных связей 3. Монтаж плиты проезжей части	Постоянные нагрузки I стадии (вес главных балок +плиты проезжей части)	Металлические балки. Работа стального сечения
После набора прочности бетона плиты
II	1. Установка тротуарных блоков 2. Устройство ограждений 3. Устройство покрытия проезжей части	Постоянные нагрузки II стадии (вес тротуаров + ограждений + покрытия проезжей части) +временные на- грузки	СТЖБ балки. Работа СТЖБ сечения
Временная нагрузка

Рис 1. Конструкция двутавровой главной балки

 

 

Сбор нагрузок мы осуществляли в программе Midas Civil 2013.

Постоянные нагрузки первой стадии:

Нагрузка от собственного веса балки и плиты ПЧ определялась автоматически, исходя из заданных размеров сечения и характеристик материалов:

0,420х0,020 м – сечение верхнего и нижнего поясов главной балки

0,020х2,00 м – сечение стенки главной балки

S=1,072м² -площадь плиты (вычислена в программе AutoCad);

ϒ_г.б.=25кН/м³- объемный вес бетона;

 

Постоянные нагрузки второй стадии:

Нагрузка определялась автоматически в программе Midas Civil 2013, исходя из заданных параметров и характеристик материалов:

- объемный вес i-го слоя дорожной одежды;

=23кН/м³- объемный вес выравнивающего слоя;

=18кН/м³- объемный вес гидроизоляции;

=25кН/м³- объемный вес защитного слоя;

=24кН/м³- объемный вес асфальтобетона;

n=9- количество главных балок

А_i-площадь i-го слоя дорожной одежды;

А_в.с.=0,0675+0,1705+1,2254=1,4634 м²- площадь выравнивающего слоя (вычислено в программе AutoCad);

А_ги=0,005·(1,5+14,25+0,5)=0,0747 м²- площадь гидроизоляции;

А_з.с=0,04·(1,5+14,25+0,5)=0,5976 м²- площадь защитного слоя;

А_а.б=0,07·14,25+0,04·(1,5+0,5)=0,9858 м²- площадь асфальтобетона;

=0,3 т/м=3кН/м- вес барьерного ограждения на один погонный метр;

=0,2 т/м=2кН/м- вес перильного ограждения на один погонный метр;

 

Изгибающие моменты и поперечные силы от нагрузок на I стадии.

Усилия в балке находим при помощи программы Midas Civil 2013. Сечения выбираем на стыках блоков, в серединах блоков, в опорах и в середине пролетов.

 

Таблица1. Усилия на I стадии.

M_ymin и Q_ymin получены путем умножения нормативных характеристик на

=0,9 – понижающий коэффициент надежности;

M_ymax и Q_ymax получены путем умножения нормативных характеристик на

=1,1 – повышающий коэффициент надежности;

 

Рис 2.Эпюра Max и Min моментов на I стадии.

 

Рис 3. Эпюра Max и Min поперечных сил на I стадии.

 

Определение внутренних усилий по стадиям и по сочетаниям нагрузок.

Для удобства, так как схема моста является симметричной будут рассмотрены сечения до середины 2го пролета.

Определение продольных сил.

При расчете на прочность СТЖБ сечения в соответствии со СП 35.13330.2011 присутствие железобетонной плиты и ее участие в работе заменяется действием продольных сил на главную балку. Эти силы приложены в центрах тяжести бетона и арматуры и являются для балки растягивающими, когда в плите сжатие, или сжимающими, когда в плите растяжение. Продольные силы определяются через напряжения в арматуре и бетоне без учета ползучести, усадки и температурных воздействий.

Рис.19 Пояснительная схема для расчета продольных сил.

Напряжения в бетоне и арматуре:

, кПа; ,кПа

Продольные силы, приложенные в центрах тяжести бетона и арматуры:

, кН; кН;

Расчет приведен в Таблице 12.

 

3.3 Определение коэффициентов

По заданию определяем коэффициенты только для сечений х₁=L₁ и х₂=1/2L₂

 

х₂=1/2L₂ (1 сочетание).

–коэффициент, принимаемый по [1, табл. 8.16];

где – площадь поперечного сечения меньшего пояса.

Коэффициент зависит от напряженного состояния стенки балки, которое характеризуется касательными напряжениями.

Если напряженное состояние стенки невелико, т.е. соблюдается условие , то .

Если , то ,при этом ; здесь – среднее касательное напряжение в стенке балки от k- го сочетания нагрузок; – расчетное сопротивление стали главной балки на сдвиг;

,

; ,

где – суммарная площадь поперечного сечения поясов.

 

 

Рисунок 20.Напряженное состояние стенки главной балки

 

 

; ,

где –соответствующая поперечная сила от k- го сочетания нагрузок.

,

Касательные напряжения являются максимальными из всех суммарных напряжений по высоте стенки от нагрузок I-ой и II-ой стадии. Суммарные максимальные напряжения следует определять по формуле:

,

где ; .

Значения получены с помощью программы AutoCAD

,

,

;

,

где отношение можно заменить отношением статических моментов соответствующих статических моментов .

Так как , то .

Если ,то ;

если , то .

[1, табл. 9.5],

где – площадь меньшего пояса главной балки.

В [1, табл.9.5]над чертой даны значения для случая, когда площадь верхнего пояса больше площади нижнего пояса; под чертой – для случая, когда площадь нижнего пояса больше площади верхнего пояса.

,

где –коэффициент условий работы верхнего пояса, учитывающий его разгрузку прилегающим недонапряженным бетоном, который следует определять по формуле:

,

где .

 

х₂=1/2L₂ (2 сочетание).

,

; ,

где – суммарная площадь поперечного сечения поясов.

; ,

где –соответствующая поперечная сила от k- го сочетания нагрузок.

,

Касательные напряжения являются максимальными из всех суммарных напряжений по высоте стенки от нагрузок I-ой и II-ой стадии. Суммарные максимальные напряжения следует определять по формуле:

,

где ; .

Значения получены с помощью программы AutoCAD

,

,

;

,

где отношение можно заменить отношением статических моментов соответствующих статических моментов .

Так как , то .

Если ,то ;

если , то .

[1, табл. 9.5],

где – площадь меньшего пояса главной балки.

В [1, табл.9.5]над чертой даны значения для случая, когда площадь верхнего пояса больше площади нижнего пояса; под чертой – для случая, когда площадь нижнего пояса больше площади верхнего пояса.

,

 

Х₁=L₁ (1 сочетание).

,

; ,

,

,

;

,

где отношение можно заменить отношением статических моментов соответствующих статических моментов .

Так как , то

Если , то .

[1, табл. 9.5],

 

Х₁=L₁ (2 сочетание).

,

; ,

,

 

,

;

 

,

где отношение можно заменить отношением статических моментов соответствующих статических моментов .

Так как , то

Если , то .

[1, табл. 9.5],

Проверка прочности сечения.

Должны выполняться следующие условия:

, [1, п.7.25];

, [1, п.7.29–7.45];

, [1,табл.8.15];

, , – по расчету.

Проверка приведена в Таблицах 19 и 20.

 

Расчет стыка поясов.

 

Расчёт выполняется из условия равнопрочности стыка и предполагает, что стык должен выдержать напряжения равные расчетному сопротивлению стыкуемой стали.

Рис.39 Схема к расчету болтового стыка пояса

 

Продольную силу, которую должен воспринять стык, определяем по формуле:

,

где – площадь пояса ослабленного отверстиями, определяемая по формуле:

,

где – площадь меньшего из стыкуемых поясов;

– площадь ослабления отверстиями;

МПа – расчетное сопротивление стали на изгиб

=1– коэффициент условия работы, [1, табл. 8.15];

Диаметр применяемых высокопрочных ботов мм, диаметр отверстий под болты – мм;

Расчёт стыковых накладок следует производить с введением для накладок коэффициента условий работы m=0.9. Следовательно, необходимо выполнение условия:

где и - площади внешней и внутренней накладок соответственно с учётом ослабления отверстиями;

Число высокопрочных болтов, необходимое для прикрепления внешней и внутренних накладок соответственно, следует определять по формулам:

,

,

где - расчетное усилие, которое может быть воспринято одной поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяем по формуле:

,

где =1,2- коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от числа высокопрочных болтов в соединении и способа обработки контактных поверхностей, [1, табл. 8.12];

=0,58- коэффициент трения, принимаемый в зависимости от способа обработки контактных поверхностей, [1, табл. 8.12];

,

где - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, определяется по формуле:

,

Мпа – наименьшее временное сопротивление высокопрочных болтов разрыву;

мм² - расчетная площадь сечения болта диаметром мм при разрыве;

- коэффициент условия работы высокопрочных болтов при натяжении их крутящим моментом;

Расчет стыка нижнего пояса (850х40+420х20).

Зададимся количеством болтов и определим площадь ослабленную отверстиями:

м² (вычислено в программе AutoCad);

MН;

;

МН;

 

МН;

За способ обработки контактных поверхностей принимаем песко-струйный или дробеструйный способ.

Принимаем следующие накладки: внешняя 850x25 и две прокладки 210x20; две внутренних 400x25.

м²(вычислено в программе AutoCad);

м²(вычислено в программе AutoCad);

;

;

Определяем число болтов на накладку:

шт;

шт;

Расчет стыка верхнего пояса (420х20).

м² (вычислено в программе AutoCad);

МН;

МПа;

МН;

МН;

За способ обработки контактных поверхностей принимаем песко-струйный или дробеструйный способ.

Принимаем следующие накладки: внешняя 420x25; две внутренних 200x25.

м²(вычислено в программе AutoCad);

м²(вычислено в программе AutoCad);

;

;

Определяем число болтов на накладку:

шт;

шт;

Принимаем:для верхнего пояса 6 болтов на накладку.

для нижнего пояса 24 болта на накладку.

 

Расчет стыка стенки

Усилие, которое должно быть воспринято одним рядом болтов на полунакладку, определяется по формуле:

,

где =0,020м – толщина стенки;

=2,0м – высота стенки;

– расстояние между парами рядов болтов;

– расстояние от верха стенки до i-ой пары болтов;

Количество болтов в i-ой паре рядов на полунакладку необходимо определять по формуле:

 

,

m=1- коэффициент условий работы;

n_s=2 – количество срезов болта;

Таблица21. Определение количества болтов на полунакладку

 

Принимаем накладку:

м – высота накладки;

м – толщина накладки;

Должно соблюдаться условие:

,

где - площадь сечения накладок стенки с учетом ослабления отверстиями;

- площадь сечения стенки с учетом ослабления отверстиями;

Определим площадь ослабления, приняв в расчет 22 болтов:

м² (вычислено в программе AutoCad);

м² (вычислено в программе AutoCad);

;

, условие выполняется. Принимаем накладку толщиной 10 мм.

 

 

Библиографический список

1. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы.- М.,2011.

2. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции.- М., 2011.

3. ГОСТ Р 52643-2006. Болты и гайки высокопрочные и шайбы для металлических конструкций.- М.: Стандартинформ, 2007.

4. Стрелецкий Н.Н. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов/ Н.Н. Стрелецкий.- М.: Транспорт, 1981. – 360с.

5. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. – М.: Госстандарт СССР, 1976.- 43 с.

6. Ефимов П.П. Проектирование мостов. Балочные сплошностенчатые цельнометаллические и сталежелезобетонные мосты / П.П. Ефимов. – Омск, 2006.- 111с.

 

 

 

Руководитель проекта

Кобзев В.В.

 

 

Проект выполнил

студент группы МТ-09Д2

Панова М.Ю.

ОМСК-2013

 

Содержание

 

1 Сбор нагрузок, действующих на расчетную главную балку……………………......

2 Определение внутренних усилий по стадиям и по сочетаниям нагрузок………….

2.1 Изгибающие моменты и поперечные силы от нагрузок на I стадии………….

2.2 Изгибающие моменты и поперечные силы от от постоянных нагрузок II стадии …………………………………………………………………………………...

2.3 Изгибающие моменты и поперечные силы от ползучести бетона Мсr, Qсr, усадки бетона Мshr, Qshr, неравномерного температурного воздействия Мt, Qt…

2.4 Экстремальные изгибающие моменты Mвр и соответствующие поперечные силы Qвр,с от временных нагрузок…………………………………………………...

2.5 Определение внутренних усилий по стадиям и по сочетаниям нагрузок……

3. Расчет сечений главной балки по прочности и конструирование поясов главных балок по длине пролетного строения…………………………………………………

3.1 Определение геометрических характеристик сечения………………………..

3.2 Определение продольных сил…………………………………………………..

3.3 Определение коэффициентов …………………………………..

3.4 Определение напряжений от ползучести………………………………………

3.5 Определение напряжений от усадки …………………...……………………...

3.6 Определение напряжений от температурных воздействий …...……………...

3.7 Проверка прочности сечения……………………………………………………

4. Расчет монтажного стыка главной балки…………………………………………..

4.1 Расчет стыка поясов……………………………………………………………..

4.2 Расчет стыка стенки……………………………………………………………

Библиографический список…………………………………………………………..116

 

Сбор нагрузок, действующих на расчетную главную балку.

Характерной особенностью сталежелезобетонных (СТЖБ) конструкций является возможность последовательного включения их частей в работу при монтаже. Стадийность зависит от технологии монтажа СТЖБ пролетных строений.

 

Стадийность работы СТЖБ пролетного строения Таблица1.

 

Стадии	Технологические операции Сооружения СТЖБ пролет- ных строений	Нагрузки	Несущий элемент
I	1. Монтаж главных балок 2. Монтаж поперечных и продольных связей 3. Монтаж плиты проезжей части	Постоянные нагрузки I стадии (вес главных балок +плиты проезжей части)	Металлические балки. Работа стального сечения
После набора прочности бетона плиты
II	1. Установка тротуарных блоков 2. Устройство ограждений 3. Устройство покрытия проезжей части	Постоянные нагрузки II стадии (вес тротуаров + ограждений + покрытия проезжей части) +временные на- грузки	СТЖБ балки. Работа СТЖБ сечения
Временная нагрузка

Рис 1. Конструкция двутавровой главной балки

 

 

Сбор нагрузок мы осуществляли в программе Midas Civil 2013.

Постоянные нагрузки первой стадии:

Нагрузка от собственного веса балки и плиты ПЧ определялась автоматически, исходя из заданных размеров сечения и характеристик материалов:

0,420х0,020 м – сечение верхнего и нижнего поясов главной балки

0,020х2,00 м – сечение стенки главной балки

S=1,072м² -площадь плиты (вычислена в программе AutoCad);

ϒ_г.б.=25кН/м³- объемный вес бетона;

 

Постоянные нагрузки второй стадии:

Нагрузка определялась автоматически в программе Midas Civil 2013, исходя из заданных параметров и характеристик материалов:

- объемный вес i-го слоя дорожной одежды;

=23кН/м³- объемный вес выравнивающего слоя;

=18кН/м³- объемный вес гидроизоляции;

=25кН/м³- объемный вес защитного слоя;

=24кН/м³- объемный вес асфальтобетона;

n=9- количество главных балок

А_i-площадь i-го слоя дорожной одежды;

А_в.с.=0,0675+0,1705+1,2254=1,4634 м²- площадь выравнивающего слоя (вычислено в программе AutoCad);

А_ги=0,005·(1,5+14,25+0,5)=0,0747 м²- площадь гидроизоляции;

А_з.с=0,04·(1,5+14,25+0,5)=0,5976 м²- площадь защитного слоя;

А_а.б=0,07·14,25+0,04·(1,5+0,5)=0,9858 м²- площадь асфальтобетона;

=0,3 т/м=3кН/м- вес барьерного ограждения на один погонный метр;

=0,2 т/м=2кН/м- вес перильного ограждения на один погонный метр;